Avaliação de mecanismo cinético químico reduzido na predição de emissão de poluentes específicos por motores de combustão interna para misturas de gasolina e etanol

No Brasil, veículos automotivos são umas das principais fontes de poluição do ar em áreas urbanas. Os gases de exaustão do motor de combustão interna podem conter óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados eparcialmentequeimadosefuligens,quesãoresponsáveisporproblemasambientais e de saúde humana. Normas internacionais para emissão de poluentes e programas nacionais de incentivo a industria automotiva, como o recentemente aprovado Rota 2030, tornam cada vez mais restritivos os índices de emissões para o setor automotivo.Comisso,odesenvolvimentodemotoresmaiseficienteseousodecombustíveis alternativos tornaram-se ainda mais relevantes. No país, o uso do etanol como aditivo à gasolina, vem se mostrando uma alternativa eficiente, de alto impacto na redução da dependência dos combustíveis de origem fóssil e das emissões veiculares de gases efeito estufa. Assim, faz-se necessário o estudo do comportamento da combustão de misturas de etanol e gasolina em motores a combustão interna e para isso o método dos volumes finitos em conjunto com mecanismos cinéticos químicos reduzidos podem ser aplicados em análises preditivas desse processo. Assim, este trabalho tem como objetivo, avaliar o comportamento de um mecanismo cinético químico reduzido com 75 espécies e 343 reações químicas, na predição de poluentes específicos (CO, CO2, NOx e HC). A metodologia consiste na realização de simulações numéricas de um motor de combustão interna operando com diferentes misturasdegasolinaeetanolcomocombustível(E22,E50,E85eE100)commesma rotação e carga. As emissões calculadas nos modelos computacionais foram avaliadas de forma qualitativa observando-se a tendência nos dados de emissões para as diferentes misturas e com base nos resultados experimentais obtidos do banco de dados do Centro de Tecnologia da Mobilidade (CTM-UFMG). Os resultados mostraram uma maior reatividade do mecanismo cinético químico para o combustível E22 indicando que este pode ser aprimorado. A mistura ar-combustível influenciou nos resultados de emissões para CO2, CO e HC, devido a formação de regiões com excesso de combustível no cilindro. Entretanto, pôde-se observar, como indicado por estudos na literatura, a redução de NOx com o aumento do conteúdo de etanol nos combustíveis. Concluí-se que para a predição da combustão e da emissões de poluentes, o mecanismo cinético químico reduzido utilizado neste trabalho pode ser aprimorado e a modelagem computacional da formação de mistura para combustíveis multicomponentes também pode ser melhor aprimoradaIn Brazil, the automotive sector consists in one of the main sources of air pollution in urban areas. Exhaust gases from internal combustion engines may containpollutantsasnitrogenoxides,carbonmonoxide,unburnedandpartiallyburned hydrocarbons and soot, which are responsible for environmental and human health problems. International regulations for emission of pollutants as well as current nationalprogramstostimulatetheautomotiveindustry,suchastherecentlyapproved Rota 2030, make emissions levels for this sector increasingly strict. As a result, the development of more efficient engines and the use of alternative fuels have become even more relevant. The use of ethanol as an additive to gasoline has proved to be an efficient alternative in Brazil by reducing the dependence on fossil fuels and vehicular emissions of greenhouse gases. Thus, it is necessary an in-depth study of the combustion process of ethanol and gasoline mixtures in internal combustion engines. With this in mind, the finite volume method together with reduced chemical kineticmechanismshavebeenlargelyapplied.However,moststudiesfoundonliterature report numerical analysis of compression ignition engines. Thus, the objective of this work is to evaluate the prediction of specific pollutants (CO, CO2, NOx and HC) in an internal combustion engine by applying a reduced chemical kinetic mechanism with 75 species and 343 chemical reactions to model the combustion process. The methodology consists in carrying out numerical simulations of an internal combustion engine operating with different gasoline and ethanol mixtures as fuel (E22, E50, E85 and E100) at the same engine speed and load. The emissions calculated in the computational models were evaluated qualitatively observing the trendinemissionsdatafordifferentmixturesandbasedontheexperimentalresults obtained from the database of Centro de Tecnologia da Mobilidade (CTM-UFMG). The results showed a hight reactivity level of the chemical kinetic mechanism for the fuel E22 indicating that the chemical kinetic mechanism can be improved. The air-fuel mixture impacted the emissions of CO2, CO and HC due to the formation of regions with excess of fuel in the cylinder. However, it could be observed, as indicated by studies in literature, the reduction of NOx for the mixtures with higher content of ethanol in the fuel. It is concluded then, that for the prediction of combustion and pollutant emissions, the reduced chemical kinetic mechanism used in this work needs adjustments and the numerical modeling of the formation of the mixture for multicomponent fuels can be improve